ES2231892T3 - Tejidos formados apartir de hilos de materiales de alto modulo recubiertos. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A HILOS DE MATERIALES FILIFORMES CUBIERTOS DE ALTO MODULO Y A TEJIDOS FORMADOS CON LOS MISMOS. EN LA PRESENTE INVENCION SE PRETENDE PRESENTAR UN MATERIAL FILIFORME DE COMPOSITE QUE POSEA LAS VENTAJAS DE LOS MATERIALES DE ALTO MODULO AL TIEMPO QUE CONSTITUYAN UN ELEMENTO 2PARA COMPENSAR LAS PROPIEDADES REDUCIDAS DE DICHAS FIBRAS EN LA DIRECCION PERPENDICULAR A LA ORIENTACION DE LA CADENA MOLECULAR. LA ESTRUCTURA DE FILAMENTOS DE COMPOSITE DE LA PRESENTE INVENCION ES UN MATERIAL FILIFORME DE ALTO MODULO CUBIERTO CON FILAMENTOS DE DOS COMPONENTES. LA ESTRUCTURA DE FILAMENTOS DE COMPOSITE TIENE UNA PRIMERA CAPA INTERIOR DE UN MATERIAL FILIFORME DE ALTO MODULO Y UNA SEGUNDA CAPA EXTERIOR DE FIBRAS DE DOS COMPONENTES, ESTANDO LA SEGUNDA CAPA EXTERIOR DE FIBRAS DE DOS COMPONENTES DISPUESTA ALREDEDOR DE LA PRIMERA CAPA INTERIOR DE MATERIAL DE ALTO MODULO CUBRIENDOLA POR TODO SU LARGO. SE DEBE CUBRIR TODO EL AREA SUPERFICIAL DEL MATERIAL DE ALTO MODULO.

Description

Tejidos formados a partir de hilos de materiales de alto módulo recubiertos.

Campo de la invención

La presente invención se dirige a tejidos que comprenden hilos de materiales de módulo alto, tales como materiales polímeros, recubiertos con un segundo material. Los tejidos se pueden usar en telas para máquinas para la fabricación de papel y otras aplicaciones industriales de tejidos.

Antecedentes de la invención

Tela de máquina de papel es la expresión usada para tejidos industriales en las secciones de conformado, prensado y secado de máquinas de papel. Generalmente, se fabrican con multifilamentos bien de poliéster o bien de poliamida y/o monofilamentos trenzados en grandes telares textiles convencionales. Generalmente, estos tejidos se han fabricado mediante técnicas convencionales de tejeduría.

La función primaria de toda tela de máquina de papel (TMP) es separar el agua de la hoja de papel. Como tanto el fabricante de máquinas para la fabricación de papel como el fabricante de papel trabajan para aumentar la velocidad del procedimiento de fabricación de papel y mejorar la calidad del papel, se han identificado nuevos obstáculos para los tejidos de TMP que demandan una innovación en los materiales y diseño de los tejidos. Por otra parte, el fabricante de TMP también busca una producción más eficiente de los tejidos de TMP y mejorar las características clave de calidad de los mismos.

Hoy en día, las máquinas para la fabricación de papel están alcanzando unas velocidades tan rápidas que el espesor de la estructura del tejido está comenzando a limitar la velocidad de la separación de agua, especialmente en la sección de conformado. Una deshidratación insuficiente da como resultado una baja resistencia de la hoja. La resistencia de la hoja es crítica para transferir y mantener las propiedades de la hoja a través de las siguientes y más agresivas etapas de deshidratación de la hoja. Una posible solución es alargar la sección de conformado de la máquina, pero esto es bastante caro y por lo tanto de viabilidad limitada. El otro enfoque es que el fabricante de TMP produzca tejidos más delgados, pero en un procedimiento de tejeduría las dimensiones más pequeñas posibles son los diámetros combinados de los filamentos usados en las direcciones de la urdimbre y la trama. Criterios tales como la estabilidad dimensional, resistencia del tejido y vida del tejido dan como resultado un límite práctico para la finura del diámetro del filamento y, de este modo, para el espesor global del tejido. En muchas aplicaciones de TMP, no es factible o práctica una renuncia de estas propiedades y, de hecho, las velocidades más altas de las máquinas requieren actualmente un aumento adicional de estas propiedades.

Hay una clara necesidad de telas con una resistencia alta, un peso bajo, y relativamente más delgadas que las que están actualmente disponibles.

La topografía superficial de los tejidos de TMP contribuye a la calidad del producto de papel. Se han hecho esfuerzos para crear una superficie de contacto con la hoja de papel más lisa. Sin embargo, la lisura superficial de los tejidos trenzados de TMP está limitada por la topografía resultante del patrón de tejeduría y las propiedades físicas del filamento. En un tejido trenzado (o en un tejido fruncido), la lisura esta inherentemente limitada por los nudos formados en los puntos de cruce de los hilos que se cruzan.

Los materiales de módulo alto son materiales potenciales para uso en aplicaciones que requieren altas propiedades mecánicas y un peso ligero. En base a la propiedad del peso, los polímeros de módulo alto tienen una clara ventaja sobre los metales y los materiales cerámicos.

Los polímeros de módulo alto son altamente anisótropos, y el módulo alto solamente se consigue en la dirección de la orientación de la cadena molecular. De hecho, propiedades normales al eje molecular presentan valores considerablemente más bajos que las propiedades presentadas en la dirección longitudinal. Por consiguiente, en la dirección normal al eje molecular se presentan propiedades bajas a la cortadura y a la compresión.

En la técnica se conocen los conceptos del diseño de un material compuesto con el fin de compensar la discrepancia de propiedades. Es representativa la patente de EE.UU. Nº 4.927.698 que describe los hilos de un núcleo de filamentos resistentes al fuego, como Kevlar® y Nomex®, dentro de una cubierta de fibras cortadas contraíbles tales como hilos que parecen estar químicamente unidas al núcleo resistente al fuego por medio de las reacciones entre una primera resina reticulable, una segunda resina reticulable, el componente Kevlar®/Nomex®, y el componente de la fibra cortada.

Por la patente de EE.UU. Nº 5.617.903, publicada el 8 de Abril de 1.997, también se conoce un tejido para fabricantes de papel que se construye a partir de fibras polímeras, con 15 por ciento o más de las fibras del tejido mayores que 100 denieres, y fibras multipolímeras. Las fibras multipolímeras contienen dos o más regiones polímeras distintas dentro de sus cortes transversales. Las fibras multipolímeras se pueden construir como una cubierta-núcleo, lado con lado, o islas en la forma de la corriente. Cada componente de las fibras multipolímeras se selecciona para proporcionar una combinación de propiedades no disponible en una fibra polímera única cualquiera.

Compendio de la invención

La presente invención se dirige hacia tejidos según la reivindicación 1, que están formados por hilos de materiales recubiertos con filamento de módulo alto. La presente invención pretende proporcionar un material de filamento de material compuesto que presenta las ventajas de los materiales de módulo alto, mientras que proporciona un medio para compensar las propiedades disminuidas presentadas por dichas fibras en la dirección normal a la orientación de la cadena molecular.

La presente invención es una estructura de filamento de material compuesto en la que un material de filamento de módulo alto se recubre con filamentos de dos componentes. La estructura de filamento de material compuesto tiene una primera capa interior de un material de filamento de módulo alto y una segunda capa exterior de fibras de dos componentes, estando la segunda capa exterior de fibras de dos componentes recubriendo a su alrededor la primera capa interior de un material de módulo alto a lo largo de toda su longitud. Toda el área superficial del material de módulo alto debe estar recubierta.

Las fibras de dos componentes de la presente invención pueden ser o bien de una disposición de cubierta-núcleo o bien de una disposición de lado con lado, siendo preferida la de cubierta-núcleo. Se prefiere además que el componente de la cubierta tenga un punto de fusión inferior que el componente del núcleo.

Las fibras de dos componentes adecuadas incluyen combinaciones de cubierta-núcleo de copoliéster/poli(tereftalato de etileno), poliamida/poli(tereftalato de etileno), poliamida/poliamida, polietileno/poli(tereftalato de etileno), polipropileno/poli(teref-talato de etileno), polietileno/poliamida, polipropileno/poliamida, poliuretano termoplástico/poliamida y poliuretano termoplástico/poli(tereftalato de etileno).

"Módulo", como se usa aquí, se refiere al módulo de tracción definido como la pendiente de la porción lineal inicial de la respuesta al alargamiento por carga (curva de tensión-alargamiento) de una probeta deformada a la temperatura ambiente.

El material de módulo alto, como se usa aquí, incluye polímeros de módulo alto que presentan un módulo de tracción mayor que aproximadamente 25% de la teoría. Alternativamente, un polímero de módulo alto es el que posee un módulo de tracción mayor que aproximadamente 25 GPA. Enciclopedia de la Ciencia de Polímeros, 2ª edición, volumen 7, pág. 699-722. Se debe destacar que las estructuras polímeras altamente orientadas son anisótropas, y como el módulo aumenta al elevar el grado de orientación de la cadena molecular, en otras direcciones el módulo disminuye proporcionalmente.

Los polímeros adecuados de módulo alto incluyen, pero no están limitados a ellos, aramidas, tales como poli(p-fenilentereftalamida), disponible en Dupont bajo el nombre comercial Kevlar®, otras aramidas tales como Kermel® (disponible en Rhone-Poulenc), Arenka®, disponible en Akzo, Nomex (disponible en DuPont), poli(naftalato de etileno) (PNE), poli(p-fenilenbenzobistiazol), poliésteres, vidrio, resinas de poliamida aromática, Arenka®, una aramida disponible en Akzo, copoliésteres termotrópicos tales como Vectra® (Celanese) y Xydar® (Dart), fibras de polietileno de módulo alto tales como Spectra 900 (Allied).

Los artesanos expertos deben apreciar que hay varias formas por las que se puede recubrir el interior de módulo alto, tales como el trenzado y la envoltura. Un trenzado de fibras de dos componentes alrededor del interior de módulo alto proporciona una estructura con una buena estabilidad. Envolver las fibras de módulo alto con el material de fibra de dos componentes es otro método adecuado. Las fibras se pueden recubrir bien con una máquina de recubrimiento único o bien con una máquina de recubrimiento doble. En ambos casos, las fibras del núcleo se recubren espiralmente con un paso seleccionado.

En la construcción de tejidos de la presente invención, se tiene la ventaja de la estructura única del filamento de dos componentes. El punto de fusión del componente de la cubierta es menor que el punto de fusión del componente del núcleo, y menor que el punto de fusión del interior de módulo alto. Se comunica una integridad estructural mejorada calentando el tejido, que se ha formado a partir de los hilos que se cruzan entre sí en el tejido, a una temperatura por encima del punto de fusión de la cubierta pero menor que el punto de fusión del núcleo y del interior de módulo alto, y después enfriando posteriormente. Este procedimiento, referido aquí como fusión por calor, provoca que los componentes de la cubierta de las fibras de dos componentes entren en un estado reblandecido y, por consiguiente, los hilos se fundan entre sí en los puntos de contacto cuando se enfrían a temperaturas por debajo del punto de fusión del material de la cubierta. En su mayor parte, tales puntos de contacto son los puntos donde los hilos se cruzan entre sí.

Debido a la estabilidad mejorada de los tejidos de la presente invención, se cree que un tejido de capa única construido con los hilos de material compuesto de la presente invención puede funcionar con éxito en una máquina para la fabricación de papel. Es decir, la presente invención proporciona un medio para producir tejidos de capa única capaces de resistir las condiciones demandadas a las que están sometidas las telas de las máquinas de papel. Generalmente, los tejidos se deben construir con al menos dos capas, para asegurar que los tejidos tengan la estabilidad dimensional y resistencia necesarias con el fin de resistir las condiciones de funcionamiento demandadas.

La presente invención se puede usar también como la estructura superior de estratificado de una estructura multicapa, y se cree que su uso como una capa tal ofrece ventajas sobre materiales convencionales debido al reducido tamaño de los nudos en la superficie del tejido y al reducido calibre del tejido. El reducido tamaño de los nudos crea una superficie de tejido más lisa, una característica deseada por los fabricantes de papel. También es posible que se pueda fabricar un tejido más delgado usando los hilos de material compuesto de módulo alto de la presente invención, ya que las excelentes propiedades a la tracción poseídas por los materiales de módulo alto implican que se puede usar menos material para alcanzar el grado de resistencia poseído por los tejidos convencionales. La presente invención se puede usar también como la capa base de una estructura multicapa. La estabilidad dimensional mejorada de esta capa la hace muy adecuada para este uso. El uso de un tejido según la invención como capa base comunica determinadas ventajas a la construcción global del tejido. Puesto que los hilos de material compuesto de la presente invención presentan un relativamente alto grado de resistencia a lo largo del eje del hilo, el uso de esta capa de tejido como capa base proporcionará las requeridas estabilidad y resistencia de la estructura global del tejido. Por lo tanto, en otras capas de tejido se pueden usar materiales menos rígidos, permitiendo al fabricante de papel, por ejemplo, seleccionar fibras de denier fino para construir otras capas. Por consiguiente, de esta manera también se pueden fabricar tejidos más delgados. Se desea un tejido más delgado ya que se mejoran las propiedades de drenaje.

Los hilos pueden ser los únicos constituyentes de al menos una capa de una tela. En el caso de una tela de capas múltiples, al menos una capa se construye con los hilos de la presente invención y, preferiblemente, constituye la capa superficial que está en contacto con la hoja de papel. Tanto si el tejido es de una capa única como de múltiples capas, las fibras de dos componentes se tienen que disponer de una manera ordenada no aleatoria. Dispuestas de una manera ordenada no aleatoria quiere decir que unas fibras de la tela discurren en una primera dirección, esas fibras de la primera dirección no se cruzan con otras fibras que discurren en la primera dirección; y que unas fibras de la tela discurren en una segunda dirección, esas fibras de la segunda dirección no se cruzan con otras fibras que discurren en la segunda dirección; las fibras que discurren en la primera dirección se cruzan con las fibras que discurren en la segunda dirección, y viceversa. Por ejemplo, las fibras dispuestas en la dirección de la máquina no se cruzarán entre sí y tales fibras solamente se cruzarán con fibras que discurren en la dirección transversal a la máquina. Las telas se pueden construir con fibras que discurren en las direcciones de la máquina o transversal a la máquina, pero tales telas también se pueden construir con fibras que discurren en direcciones que forman cierto ángulo con las direcciones de la máquina y transversal a la máquina para la fabricación de papel.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un tejido trenzado de material compuesto de la presente invención.

La Figura 2 es otro tejido trenzado de material compuesto de la presente invención.

La Figura 3 es un corte transversal de un hilo de la presente invención.

Descripción detallada de la realización preferida

La Figura 1 es un tejido comprendido por hilos de la presente invención. El tejido es una construcción de tejeduría lisa, con hilos en la dirección de la urdimbre y la trama, estando comprendido por hilos de la presente invención. En la Figura 1 se puede observar que los hilos están interconectados con otros hilos en los puntos en los que los hilos se cruzan. Esto es atribuible a la fusión de los hilos por calor, en la que las cubiertas de los materiales de dos componentes se funden entre sí después de calentar el tejido a una temperatura por encima del punto de fusión del material de la cubierta, pero menor que el punto de fusión del material del núcleo.

Tanto los hilos de la urdimbre como de la trama del tejido mostrado en la Figura 1 son de la misma estructura. El interior de módulo alto de los hilos son aproximadamente 134 filamentos de Kevlar® 49. Alrededor del interior de Kevlar®se han trenzado ocho hilos de dos componentes. Cada hilo está constituido por dieciséis (16) filamentos de dos componentes. Los filamentos son Bellcouple® de Kanebo, denier 250, cuentas de 16 filamentos que tienen un material de cubierta de copoliéster de temperatura de fusión baja y un núcleo de poli(tereftalato de estileno), siendo el punto de fusión de la cubierta de copoliéster menor que el punto de fusión del PTE.

Los ocho hilos de dos componentes se trenzan alrededor del interior de Kevlar®. El trenzado forma una estructura relativamente estable, y los hilos recubiertos de módulo alto se pueden usar para formar tejidos como se muestra en la Figura 1. Tales tejidos se forman según los métodos fácilmente apreciados por los expertos en la técnica. Después de que se ha formado el tejido, se pone bajo tensión, se calienta a una temperatura mayor que el punto de fusión de la cubierta, pero menor que el punto de fusión del núcleo, y luego se enfría a una temperatura menor que el punto de fusión de la cubierta.

Debido a la estabilidad mejorada de los tejidos de la presente invención, se cree que un tejido de capa única construido con los hilos de material compuesto de la presente invención puede funcionar con éxito en una máquina para la fabricación de papel. Es decir, la presente invención proporciona un medio para producir tejidos de capa única capaces de resistir las condiciones demandadas a las que están sometidas las telas de las máquinas de papel.

Generalmente, los tejidos se deben construir con al menos dos capas para asegurar que los tejidos tengan la estabilidad dimensional y resistencia necesarias con el fin de resistir las condiciones de funcionamiento demandadas. Con todo, porque las telas de máquina de papel de la presente invención se caracterizan por materiales de bajo alargamiento y módulo alto, mediante la capa de materiales de módulo alto se proporciona la tiesura y estabilidad dimensional del tejido y, por consiguiente, los tejidos de una capa son posibles. En otras palabras, debido al alto grado de resistencia proporcionado por tales materiales, es posible usar menos material para construir un tejido mientras que se comunica igual o incluso mayor resistencia comparada con materiales multicapa que contienen considerablemente más material. El conseguir un diseño de tejido de capa única es un avance sustancial en el diseño de TMP. Conforme aumenta la velocidad de la máquina, reduciendo el tiempo para el drenaje, se vuelve más significativa la capacidad para conseguir el calibre más pequeño posible, ya que un tejido de capa única es más delgado que un tejido multicapa, reduciéndose la distancia que el líquido debe atravesar con el fin de drenarse.

La presente invención se puede usar también como la estructura superior de estratificado de una estructura multicapa, y se cree que su uso como una capa tal ofrece ventajas sobre materiales convencionales debido a la planaridad aumentada de la superficie. Una planaridad aumentada es el resultado de un reducido tamaño de los nudos en los puntos donde los hilos se cruzan. Bajo fusión del tejido por calor, el componente de temperatura de fusión baja de la fibra de dos componentes se desploma y fluye, reduciendo el tamaño del nudo de los puntos de cruce.

La presente invención se puede usar también como la capa base de una estructura multicapa. La estabilidad dimensional mejorada de esta capa la hace muy adecuada para este uso. De este modo, en otras capas se pueden usar otros materiales, tales como los de diámetro fino, ya que mediante la capa construida con el material de módulo alto se comunica la estabilidad y resistencia. El uso de materiales de diámetro fino en capas de contacto para hojas de papel mejorará la lisura superficial, una característica deseable de las telas de máquina de papel.

La Figura 2 muestra un tejido en el que los hilos descritos con relación a la Figura 1 anterior se usan en la dirección de la urdimbre. Los hilos de la dirección de la trama comprenden un material de 9 capas. Es decir, son una capa de nueve hilos de material de dos componentes como se describe en la Figura 1. Los hilos plegados se entrelazan holgadamente entre sí. Los hilos plegados tienen una apariencia claramente alisada. Es decir, después de la fusión por calor, los hilos toman una apariencia similar a una cinta.

La Figura 3 muestra un corte transversal de un hilo de material compuesto según la presente invención. El interior de Kevlar® es visible como una región diferente. El exterior de dos componentes no es discreto.

Al funcionar en una máquina para la fabricación de papel, un tejido según la presente invención debe permanecer más limpio que una tela comprendida por monofilamentos convencionales. La fusión por calor de un tejido comprendido por fibras de dos componentes está caracterizada en parte por los hilos de cruce fundidos. Por lo contrario, los monofilamentos convencionales tienen intersticios en los puntos donde los hilos se cruzan. La fusión en los cruces de las fibras de dos componentes disminuye, y posiblemente elimina, tales intersticios. Los intersticios son puntos de constricción en los que se pueden atrapar restos y acumular con el tiempo. Por consiguiente, Los hilos de cruce fundidos por calor producidos con fibras de dos componentes proporcionan una estructura que debe permanecer relativamente más limpia que una tela comprendida por monofilamentos convencionales.

Otra ventaja que se cree que poseen las telas de máquina de papel de la presente invención, sobre las telas convencionales comprendidas por monofilamentos, es que tales telas presentan en los puntos de cruce superficies sin nudos y relativamente planas. Se puede apreciar fácilmente que cuando las fibras se trenzan (o fruncen), se forman nudos con una lisura superficial disminuida. Como se observa, el tamaño del nudo se reduce con la fusión de las fibras de dos componentes por calor, lo que mejora la lisura superficial. La lisura superficial es un factor que afecta a la calidad del papel. Por consiguiente, las telas de lisura mejorada son de interés para el fabricante de papel y productos relacionados. Con la fusión por calor de una tela comprendida por fibras de dos componentes se formará una red de uniones entre las fibras de cruce. Una unión física de esta clase mejorará la estabilidad dimensional sobre una tela convencional construida con monofilamento. Debido a la naturaleza de las fibras de dos componentes y las estructuras únicas que pueden formar, se pueden usar fibras de denier menor que las requeridas para monofilamentos convencionales. El uso de fibras de denier menor ofrece la ventaja de una tela más delgada que la tela comprendida por un monofilamento convencional, sin sacrificar la resistencia del tejido.

Claims (13)

1. Un tejido para uso en las secciones de conformado, prensado o secado de una máquina para la fabricación de papel, teniendo el tejido al menos una capa comprendida por un hilo de material compuesto comprendido por:

un primer hilo de un material de filamento de módulo alto dentro de un segundo hilo,

en el que el segundo hilo es un material de filamento de dos componentes, teniendo el material de filamento de dos componentes un componente de cubierta y un componente de núcleo, en el que el material de filamento de dos componentes recubre al primer material de filamento de módulo alto, y encierra al primer material de filamento de módulo alto a lo largo de la longitud del hilo de material compuesto.

2. El tejido según la reivindicación 1, en el que se trenzan los hilos que comprende el tejido.

3. El tejido según la reivindicación 1, en el que se fruncen los hilos que comprende el tejido.

4. El tejido según la reivindicación 1, en el que los hilos de material compuesto se prolongan en las direcciones de la urdimbre y la trama.

5. El tejido según la reivindicación 1, en el que los hilos de material compuesto se prolongan en la dirección de la urdimbre.

6. El tejido según la reivindicación 1, en el que los hilos de material compuesto se prolongan en la dirección de la trama.

7. El tejido de la reivindicación 1, en el que el primer material de módulo alto se selecciona del grupo consistente en poliamidas de módulo alto, aramidas, poli(naftalato de etileno), fibra de vidrio, materiales termotrópicos, copoliésteres aromáticos, poli(p-fenilenbenzobistiazol), poliésteres, y fibras de polietileno de módulo alto, y sus mezclas.

8. El tejido de la reivindicación 1, en el que las
combinaciones de cubierta-núcleo de las fibras de dos
componentes se seleccionan de combinaciones de copoliéster/poli(tereftalato de etileno), poliamida/poli(tereftalato de etileno), poliamida/poliamida, polie-
tileno/poli(tereftalato de etileno), polipropileno/poli(tereftalato de etileno), polietileno/poliamida, poli-
propileno/poliamida, poliuretano termoplástico/po-
liamida y poliuretano termoplástico/poli(tereftalato de etileno).

9. El tejido de la reivindicación 1, en el que el material de filamento de módulo alto está comprendido además por una pluralidad de filamentos de módulo alto.

10. El tejido de la reivindicación 1, en el que el material de filamento de dos componentes está comprendido además por una pluralidad de hilos de dos componentes, estando comprendido además cada hilo de dos componentes por filamentos de dos componentes que tienen una disposición de cubierta y núcleo.

11. El tejido de la reivindicación 1, en el que el tejido se calienta hasta una temperatura mayor que el punto de fusión del componente de la cubierta, pero menor que el punto de fusión del componente del núcleo, y se enfría hasta una temperatura menor que el punto de fusión del componente de la cubierta.

12. El tejido de la reivindicación 1, en el que el hilo de material compuesto se funde por calor antes de la formación del tejido.

13. El tejido de la reivindicación 1, en el que el tejido es un tejido de capa única.